CN110064968A - 内冷微钻微量润滑控制系统 - Google Patents

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丘洪庆
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Abstract

本发明公开了一种内冷微钻微量润滑控制系统，包括气增压系统、油增压系统、油气调节混合器和PLC控制系统，油气调节混合器分别与气增压系统和油增压系统连通，油气调节混合器包括喷油嘴、进气口、进油口、油气混合腔和出油口，进气口与气增压系统连接，进油口与油增压系统连接，进气口与油气混合腔连通，油气混合腔与出油口连通，喷油嘴包括喷头和控制端，喷头插入油气混合腔中并与油气混合腔的内壁形成间隙，PLC控制系统分别与气增压系统、油增压系统和控制端电信号连接。PLC控制系统控制喷油嘴喷入油气混合腔内的油量，使油均匀的喷在油气混合腔的内壁并形成一层均匀的油膜，油气混合腔内的高压气体带着油膜沿传输管道的内壁输送至内冷刀具。

Description

内冷微钻微量润滑控制系统
技术领域
本发明涉及机械加工的技术领域，特别是涉及一种内冷微钻微量润滑控制系统。
背景技术
高速切削是高性能加工的一种主要工艺技术，已经广泛应用于航空、模具、汽车等行业。由于机床主轴高速回转(8000～60000r/min)会在刀具周围产生离心高速、高压气流，依靠常规加大切削液流量的方式已很难保证有足够量的切削液进入切削区。
现有文丘里雾化器主机加长管输送模式油雾发生装置，油雾都是在MQL(MinimalQuantity Lubrication，微量润滑)主机内生成，再经一条10多米长的管道将油雾输送到加工中心的主轴通道中，最后到刀具。油雾颗粒在这么长的管道内互相碰撞融合，使油雾颗粒越变越大，最后一部分变成小油滴，一部分碰到管壁就粘壁，还有一部分因加工中高速旋转的主轴通道产生的离心力，使得很多的油雾粘在主轴通道的内壁上，油颗粒越大受离心力的影响越大，真正能送到刀具加工区的油雾大为减少，就算是在主机侧带油雾可调的加浓装置来增大油雾量经这堆问题逐步分化后依然无补于事或效果不佳，且存在控制滞后的问题。如果是遇到超微钻，因为其内冷孔太小，导致气流量大为减小，而空气能承载的油颗粒密度无法无限提高，且文丘里雾化器的原理是用文丘里孔进口和出口的压差来产生油雾的，而微钻的内冷孔本来直径就很小，出气量就会变得很小，最后形成文丘里孔的出口端的压力非常接近文丘里孔的输入压力，最终结果是文丘里孔无法通过压差效应生成系统所必需的油雾，导致系统最后完全失效，无法提供足够的油量或油量极难控制。实践证明现有的油雾传输方式在3mm直径以下的内冷钻上使用都将失去其应有的效果。
而另一种终端雾化混合系统，由于基本思路还是参照油雾输送模式，因而会要求混合腔做的很大，输送管道也有一定直径要求，所以在实际运行过程中还是会有一部份油雾碰壁形成液态油沉降于输送管内壁的下方，随气流一起送到刀具的内冷孔出口。因为大刀具气流量大，单位时间内能带出大量的油雾，所以基本能满足一般生产要求，而到微钻时，其内冷孔的直径已经是非常小，虽然内冷刀具的内冷孔内的气流速度很高，但单位时间内能排出的气体流量太小，所以能带出的油雾量极少，无法满足特殊生产要求。因为气体流量太小，油雾的油颗粒密度不能无限增长，达到饱和值后，再增加油雾浓度，油颗粒之间碰撞几率会变得更大，最后还是会还原成液态油沉降于管道内壁下方，成为不受控的一部分，因为这是一个额外不可控制的量，所以，对于一般的内冷刀具，并无大碍，但到了直径3mm以下的内冷刀具上使用时，因为刀具本来就小，内冷孔就更小了，刚开始管道内没有液体油残留时可以正常出油雾，但量还是很小，当工作一段时间后管壁内的液态油多起来的时候，这些油随气流一起被送到内冷刀孔时，就会形成堵油现象，导致供油中断而烧刀，油的黏度越高，内冷孔越小，问题就越严重。所以急需开发一款专供3mm以下的内冷刀具的专用供油调节系统。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种内冷微钻微量润滑控制系统，以解决微小内冷刀具供油困难，导致烧刀的问题。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
本发明提供一种内冷微钻微量润滑控制系统，包括气增压系统、油增压系统、油气调节混合器和PLC控制系统，该油气调节混合器分别与该气增压系统和该油增压系统连通，该油气调节混合器包括喷油嘴、进气口、进油口、油气混合腔和出油口，该进气口与该气增压系统连接，该进油口与该油增压系统连接，该进气口与该油气混合腔连通，该油气混合腔与该出油口连通，该喷油嘴包括喷头和控制端，该喷头插入该油气混合腔中并与该油气混合腔的内壁之间形成间隙，该PLC控制系统分别与该气增压系统、该油增压系统和该控制端电信号连接。
进一步地，该气增压系统包括依次连通的气源和气增压泵，该气增压泵与该PLC控制系统电信号连接。
进一步地，该气增压系统还包括高压气阀，该高压气阀连接在该气增压泵与该进气口之间，该高压气阀与该PLC控制系统电信号连接。
进一步地，该油增压系统包括依次连接的油箱和油增压泵，该油增压泵与该进油口连通，该油增压泵与该PLC控制系统电信号连接。
进一步地，该油气调节混合器在该进油口处设有前压紧螺钉，该前压紧螺钉用于固定该油气调节混合器与该油增压系统之间的油管。
进一步地，该油气调节混合器在该出油口处设有后压紧螺钉，该后压紧螺钉用于固定该油气调节混合器与内冷主轴旋转接头之间的油气输送高压管。
进一步地，该油气输送高压管的内径小于或等于3mm。
进一步地，该气增压系统内的气压为1MPa-2MPa。
进一步地，该油增压系统内的油压为10MPa-16MPa。
进一步地，该喷油嘴还包括电磁线圈、阀座和弹簧，该控制端与该电磁线圈电连接，该弹簧与该阀座相抵靠。
本发明有益效果在于：通过将喷油嘴的控制端与PLC控制系统电信号连接，喷油嘴的喷头插入油气混合腔中并形成间隙，通过PLC控制系统控制油增压系统和喷油嘴，控制喷油嘴喷入油气混合腔内的油量，使喷出来的油均匀的分布在油气混合腔的内壁并成为流体状，再通过PLC控制系统控制气增压系统向油气混合腔通入高压气体，使油紧贴出油口的内壁，并形成一层均匀的油膜，高压气体带着油膜沿传输管道的内壁输送至内冷刀具。有效防止了3mm以下的内冷刀具出现堵油的现象，从而解决供油中断而烧刀的问题。
附图说明
图1是本发明中内冷微钻微量润滑控制系统的结构示意图；
图2是图1中油气调节混合器的放大结构示意图；
图中：气增压系统10、气源11、气增压泵12、高压气阀13；油增压系统20、油箱21、油增压泵22；油气调节混合器30、喷油嘴31、喷头311、控制端312、电磁线圈313、阀座314、弹簧315、进气口32、进油口33、油气混合腔34、出油口35、前压紧螺钉36、后压紧螺钉37；PLC控制系统40；油气输送高压管50；内冷主轴旋转接头60；内冷刀具70。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的内冷微钻微量润滑控制系统的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
如图1和图2所示，本发明提供的一种内冷微钻微量润滑控制系统，包括：气增压系统10、油增压系统20、油气调节混合器30和PLC控制系统40，油气调节混合器30分别与气增压系统10和油增压系统20连通，油气调节混合器30包括喷油嘴31、进气口32、进油口33、油气混合腔34和出油口35，进气口32与气增压系统10连接，进油口33与油增压系统20连接，进气口32与油气混合腔34连通，油气混合腔34与出油口35连通，喷油嘴31包括喷头311和控制端312，喷头311插入油气混合腔34中并与油气混合腔34的内壁之间形成间隙，PLC控制系统40分别与气增压系统10、油增压系统20和控制端312电信号连接。
在本实施例中，喷油嘴31还包括控电磁线圈313、阀座314和弹簧315，控制端312与电磁线圈313电连接，弹簧315与阀座314相抵靠，喷头311插入在油气混合腔34中并与油气混合腔34的内壁之间形成间隙。其中，喷油嘴31例如为汽车内燃机的喷油嘴或者是可以实现微量调节的高速电磁阀。本实施例中的喷油嘴31为常闭状态，喷油嘴31的控制端312与PLC控制系统40电连接，当电磁线圈313通入电流时会产生磁场，并吸引阀座314向左运动，此时喷油嘴31为开启状态，高压油可以从喷头311喷出；当断电后，阀座314在弹簧315的弹力的作用下，恢复至初始状态，此时喷油嘴31关闭。通过PLC控制系统40控制通入电磁线圈313的电流的时间或大小，可以达到微量调节喷油嘴31的喷油量。汽车内燃机的喷油嘴或者是可以实现微量调节的高速电磁阀的更详细构造和工作原理请参考现有技术，本发明不再赘述。
在本实施例中，气增压系统10包括依次连通的气源11和气增压泵12，气增压泵12与PLC控制系统40电信号连接，气增压泵12将气源11的气压增加到1MPa-2MPa，根据具体的加工情况可以通过PLC控制系统40来调节具体的气压。
进一步地，气增压系统10还包括高压气阀13，高压气阀13连接在气增压泵12与进气口32之间，高压气阀13与PLC控制系统40电信号连接。
在本实施例中，油增压系统20包括依次连接的油箱21和油增压泵22，油增压泵22与进油口33连通，油增压泵22与PLC控制系统40电信号连接。油增压泵22将油压增加到10MPa-16MPa，根据具体的加工情况可以通过PLC控制系统40来调节具体的油压。
在本实施例中，油气调节混合器30在进油口33处设有前压紧螺钉36，前压紧螺钉36用于固定油气调节混合器30与油增压系统20之间的油管；油气调节混合器30在出油口35处设有后压紧螺钉37，后压紧螺钉37用于固定油气调节混合器30与内冷主轴旋转接头60之间的油气输送高压管50，内冷主轴旋转接头60用于安装内冷刀具70。油气输送高压管50的内径小于或等于3mm，以保证油气输送高压管50内具有较高气压。
综上所述，本发明中的气增压系统10负责把气压提高到1-2MPa且可独立调节，油增压系统20负责把切削油的油压提高到10-16MPa且可独立调节，然后分别通过输气管和输油管输送至油气调节混合器30。因为本发明中油气调节混合器30的体型较小，为了取得最高的控制响应特性，油气调节混合器30以最靠近主轴内冷孔的方式固定安装，只是增加输气管和输油管的长度，对油气混合腔34内的混合过程没影响。刚离开喷油嘴31的高速油颗粒直接喷射到油气混合腔34中，因为油气混合腔34的空间特别的小，所以喷出来的油颗粒会直接碰到油气混合腔34的金属内壁上，变成液态油，成为流体状，并在金属内壁上形成一层均匀的油膜，然后高压气体带着油膜沿传输管道的内壁输送至内冷刀具70。有效防止了3mm以下的内冷刀具出现堵油的现象，从而解决供油中断而烧刀的问题。
在出油口35之后还特地用了一条内径3mm以下的油气输送高压管50，提高管内气流速度，同时在管道内通入1-2MPa的高压气体，因为管道内径特别小，高压气体会迫使管道内的油继续保持环形油膜并均衡分布于管道内壁，气体高速流动时会带着管道内的液态油一同前进并输送至内冷刀具70内冷喷口处，因为是引用气体与液态油的接触面来带动油向前行，实际能带动的油量会变得非常小，所以正合适超小的内冷孔的极微量输油的要求。
更具体地，在油气输送高压管50中，压缩空气是油的输送载体，连续流动的压缩空气在管道中间以50-80m/s的速度向前高速流动，在特殊情况下，油气的喷射速度可高达150-200m/s。在压缩空气的作用下，油以油膜形式粘附在管道内壁，并以每秒2-5厘米的速度缓慢向前移动。起初，油是以较厚的油膜粘附在管道内壁四周,当压缩空气快速向前运动时，油膜也随之向前移动，并逐渐被压缩空气吹散并变得越来越扁平，在行将到达管道出口时，油膜变得越来越薄，最后以极其精细且连续油膜流到内冷刀具70的内冷孔中。空气在油气输送高压管50内高速流动，而油移动的速度非常缓慢，由于油和气的速度相差较大，所以油和气不是融合在一起的，从内冷孔出来的油和气是分离的，不会因为气体中带有大量的油而污染环境。油气比例量的调整，只需要PLC系统控制40控制喷油嘴31每次喷射的时间和喷射的次数即可改变，每次供油量的调节精度，最高可为+-0.005mL/次喷油量的修正，因为微钻内冷刀的内冷孔随着刀具直径的下降而下降，如果控制不好，一个小油滴都能让内冷孔赌油而不出油(因为油的黏性导致的)，所以要求控油精度极高才能保证内冷孔不堵油。
本领域的技术人员应当理解的是，本实施例的其余结构以及工作原理均与实施例一相同，这里不再赘述。
在本文中，所涉及的上、下、左、右、前、后等方位词是以附图中的结构位于图中以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰，为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内冷微钻微量润滑控制系统，其特征在于，包括气增压系统(10)、油增压系统(20)、油气调节混合器(30)和PLC控制系统(40)，该油气调节混合器(30)分别与该气增压系统(10)和该油增压系统(20)连通，该油气调节混合器(30)包括喷油嘴(31)、进气口(32)、进油口(33)、油气混合腔(34)和出油口(35)，该进气口(32)与该气增压系统(10)连接，该进油口(33)与该油增压系统(20)连接，该进气口(32)与该油气混合腔(34)连通，该油气混合腔(34)与该出油口(35)连通，该喷油嘴(31)包括喷头(311)和控制端(312)，该喷头(311)插入该油气混合腔(34)中并与该油气混合腔(34)的内壁之间形成间隙，该PLC控制系统(40)分别与该气增压系统(10)、该油增压系统(20)和该控制端(312)电信号连接。
2.根据权利要求1所述的内冷微钻微量润滑控制系统，其特征在于，该气增压系统(10)包括依次连通的气源(11)和气增压泵(12)，该气增压泵(12)与该PLC控制系统(40)电信号连接。
3.根据权利要求2所述的内冷微钻微量润滑控制系统，其特征在于，该气增压系统(10)还包括高压气阀(13)，该高压气阀(13)连接在该气增压泵(12)与该进气口(32)之间，该高压气阀(13)与该PLC控制系统(40)电信号连接。
4.根据权利要求1所述的内冷微钻微量润滑控制系统，其特征在于，该油增压系统(20)包括依次连接的油箱(21)和油增压泵(22)，该油增压泵(22)与该进油口(33)连通，该油增压泵(22)与该PLC控制系统(40)电信号连接。
5.根据权利要求1所述的内冷微钻微量润滑控制系统，其特征在于，该油气调节混合器(30)在该进油口(33)处设有前压紧螺钉(36)，该前压紧螺钉(36)用于固定该油气调节混合器(30)与该油增压系统(20)之间的油管。
6.根据权利要求1所述的内冷微钻微量润滑控制系统，其特征在于，该油气调节混合器(30)在该出油口(35)处设有后压紧螺钉(37)，该后压紧螺钉(37)用于固定该油气调节混合器(30)与内冷主轴旋转接头(60)之间的油气输送高压管(50)。
7.根据权利要求6所述的内冷微钻微量润滑控制系统，其特征在于，该油气输送高压管(50)的内径小于或等于3mm。
8.根据权利要求1所述的内冷微钻微量润滑控制系统，其特征在于，该气增压系统(10)内的气压为1MPa-2MPa。
9.根据权利要求1所述的内冷微钻微量润滑控制系统，其特征在于，该油增压系统(20)内的油压为10MPa-16MPa。
10.根据权利要求1所述的内冷微钻微量润滑控制系统，其特征在于，该喷油嘴(31)还包括电磁线圈(313)、阀座(314)和弹簧(315)，该控制端(312)与该电磁线圈(313)电连接，该弹簧(315)与该阀座(314)相抵靠。
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